关于地球的问题!
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地球是由一个物质分布不均匀的同心球体组成,包括地壳、地幔和地核。地壳厚度不等,平均厚度约17 km。上层是花岗岩,下层是玄武岩。地球内部的温度和压力随着深度的增加而增加。经测试,地壳中绝大部分岩石的年龄不到20亿年,而地球形成至今已有46亿年左右,这说明构成地壳的岩石并不是地球的原始地壳,而是地壳内部的物质通过火山活动和造山活动形成的。
地幔厚约2900公里,上地幔主要是橄榄石,下地幔是具有一定塑性的固体物质。地核平均厚度约3400公里,外核呈液态,可移动。内核是实心的,主要由铁、镍等金属元素组成。中心密度为13克每立方厘米,最高温度可达5000℃左右,最高压力可达370万个大气压。
地球还包括大气圈、水圈和生物圈。这三个圈之间没有明显的界限,它们相互渗透,相互影响,加上太阳和人类生命的参与,整个地球充满了生机。
地球的海洋面积占地球的71%,陆地面积占21%。
地球的形成:原始地球的形成
在地球形成之前,宇宙中有许多小行星围绕太阳旋转,这些行星相互碰撞形成了原始的地球。那时,地球还是一个炽热的火球。随着碰撞逐渐减少,地球开始从外到内慢慢冷却,产生了薄薄的地壳——地壳。此时,地球内部仍处于高温状态。大量气体从地球内部喷出,
里面有大量的水蒸气,形成了环绕地球的大气层。地球离太阳不是太近,蒸发不了水汽,而且地球本身有足够的引力牵引大气层,所以地球会有独特的大气环境。
大气层形成后,开始下雨,形成了原始的海洋。
大约47亿年前,宇宙中聚集了尘埃,形成了地球和太阳系中的其他行星。当时空气中不含氧气,但含有大量二氧化碳(碳酸气)和氮气。
原来的地球很小,但不断受到宇宙中尘埃和小恒星的撞击,体积不断增大。而且撞击过程中聚集的能量,温度不断上升,最后融化成液体。
很快,恒星碰撞次数减少,地球表面温度降低,形成地壳。这是今天的地球表面。然而地球内部的岩浆不断喷涌,形成了大量的火山。火山灰中的水蒸气冷却后凝结成水,从而形成了海洋。
原始地球的形成
在地球形成之前,
宇宙中有许多小行星围绕太阳运行。
这些行星相互碰撞,形成了原始的地球。
那时候的地球还是一个艾灸热的大火球。
随着碰撞逐渐减少,
地球开始从外到内慢慢变冷,
一层薄薄的外壳——地球的外壳,
此时,地球内部仍处于炽热状态。
大气和海洋的形成
大量气体从地球内部喷出,
有大量的水蒸气,
这些水蒸气形成了地球周围的大气层。
地球与太阳的距离并没有近到水蒸气被太阳蒸发的程度。
地球本身的大小有足够的引力吸引大气,
这就是为什么地球有独特的大气环境。
大气形成后,开始下雨。
并形成了原始海洋。
火山的形成:1943年2月,人们在墨西哥的一片玉米地中间看到了一个罕见而令人惊讶的现象:当时那里正在形成一座火山。三个月后,一个高约300米的火山堆形成了。两个城镇被毁,散落的灰烬残渣毁坏了大片区域。
火山是由什么组成的?在地表以下,地表越深,温度越高。在距离地面约32公里的深度,温度高到足以融化大多数岩石。
岩石融化时会膨胀,需要更多的空间。在世界的一些地方,山脉正在上升。这些上升的山脉下的压力正在减少,这些山脉下可能会形成一池熔岩(也称为“岩浆”)。
这种物质沿着隆起造成的裂缝上升。当熔岩穹丘中的压力大于其上方岩石顶部的压力时,就会向外形成火山。
喷发时,突然冒出热的气体、液体或固体物质。这些物质堆积在开口周围,形成一座圆锥形的小山。“火山口”是火山锥顶部的凹陷,其开口通向地表。这座锥形的山是火山形成的产物。火山喷出的物质主要是气体,但也喷出大量的火山岩和渣、灰等固体物质。
其实火山岩就是火山喷发出来的岩浆。当岩浆上升到接近地表的高度时,其温度和压力开始下降,发生了物理和化学变化,岩浆就变成了火山岩。
旋转转数:
产生四季的变化
地球革命
地球围绕太阳旋转
地球公转的特征
正如地球的自转有其独特的规律性一样,地球的公转也有其独特的规律性。这些规律表现在以下几个方面:地球轨道、地球轨道平面与黄道的交角、地球公转周期和地球公转速度。
1.地球公转的轨道和方向
在地球公转过程中,它所经过的路线上的每一点都在同一平面上,并形成一条闭合的曲线。地球在公转过程中所走的这条闭合曲线叫做地球轨道。如果我们把地球看成一个质点,那么地球的轨道实际上就是指地心的轨道。
严格来说,地球公转的正中位置不是太阳的中心,而是地球和太阳共同的质心。不仅地球在围绕这个共同的质心旋转,太阳也在围绕这个点旋转。但是,太阳是太阳系的中心天体,地球只是太阳系的一颗普通行星。太阳的质量是地球的33万倍,太阳和地球的质心距离太阳中心只有450公里。这个距离相对于太阳70万公里左右的半径来说,实在是微不足道,甚至比654.38+0.5亿公里的日地距离还要小。所以把地球的公转看成是地球围绕太阳(中心)的运动是非常接近实际情况的。
地球轨道的形状是一个接近正圆的椭圆,太阳位于椭圆的一个焦点上。椭圆有半长轴、半短轴和半焦距,分别用A、B、C表示,其中A是短轴两端到焦点的距离(F1,F2)。
半焦距和半长轴与平短轴之间有这样的关系:
即c2=a2-b2
半焦距c与半长轴a的比值c/a就是椭圆的偏心率,用e表示,即e=c/a,
偏心率是椭圆形状的定量表示,e的值大于0小于1。椭圆越靠近圆,e的值越小,即接近于0;反之,椭圆越扁,e值越大,经测定,地球轨道的半长轴A为149600000 km,半短轴B为149580000 km。根据这个数据,地球轨道的偏心率计算如下:
可以看出,地球的轨道非常接近圆形。
因为地球的轨道是椭圆形的,随着地球围绕太阳旋转,太阳和地球之间的距离也在不断变化。地球轨道上最靠近太阳的一点,即椭圆轨道长轴距靠近太阳的一端,称为近日点。在现代,地球过近日点的日期是在每年的1月初左右。此时地球与太阳的距离约为147100000公里,通常称为最近距离。地球轨道中离太阳最远的一点,即椭圆轨道远离太阳的长轴距端,称为远日点。在现代,地球近日点的日期大约是每年的7月初。此时地球距离太阳约152100000公里,通常称为远日距离。近距和远距的平均值是149600000公里,这是太阳到地球的平均距离,即1天文单位。
根据椭圆周长的计算公式:
L=2πα(1-0.25×e2)
据计算,地球轨道的总长度为940,000,000公里。
地球的公转方向与自转方向一致。从黄色的北极看,它逆时针旋转,也就是从西向东。这与太阳系其他行星和大部分卫星的公转方向一致(如图3-17)。
2.太阳每年的视运动
地球的公转是从太阳每年的视运动中发现的。为了解释太阳每年的视运动,我们首先分析动点和定点的关系。
如果动点A绕定点B做圆周运动,方向如图3-18所示。那么在定点B,A点的轨迹是圆,A点的运动方向是逆时针。这种情况下,从驱动点A看固定点B的运动特性完全相同,B点的轨迹也是圆形,运动方向也是逆时针。但A绕B的运动是真运动,B绕A的运动是表观运动,是A绕B运动的直观反映..
地球绕太阳公转的特征和地球上的观测者看到的太阳视运动和上面说的一样。如图3-19所示,虽然实际情况是地球绕着太阳转,但作为地球上的观察者,他只能感受到太阳相对于星空的运动。这种运动的轨迹平面与地球的轨道平面重合,方向、速度、周期与地球相同。太阳相对于星空的运动是视运动的一种,称为太阳年视运动。太阳每年的视运动实际上是地球公转在天球上的反映。
3.地球轨道平面和左右角。
如前所述,地球轨道上的每一点都在同一平面上,这个平面就是地球的轨道平面。地球的轨道平面在天球上表现为黄道面,与太阳的年视运动路线在同一平面上。
地球自转和公转是同时进行的。在天球上,自转用天轴和天赤道表示,公转用黄轴和黄道表示。天赤道在一个平面上,黄道在另一个平面上。这两个同心圆的平面形成23° 26 '的夹角,称为黄道角(如图3-20)。
黄道角的存在,实际上意味着在地球绕太阳公转的过程中,自转轴向地球轨道平面倾斜。由于地轴垂直于天球赤道面,地轴与地球轨道面的交角应为90°-23° 26′,即66° 34′。不管地球在哪里旋转,这种倾斜保持不变。
在地球公转过程中,地轴的空间方位长期没有明显变化。目前,北极指向小熊座的阿尔法星,即北极星附近,它
是天球北极的位置。也就是说,在公转过程中地轴是平行运动的,所以无论地球在哪里公转,地轴与地球轨道平面的夹角都是不变的,黄色与红色的交角也是不变的。
黄道角的存在也表明了黄道极与天极的偏差,即黄北极(或黄南极)与天球北极(或天球南极)在天球上偏离23° 26′。
我们看到的地球仪大多有一个倾斜的旋转轴,与桌面(代表地球轨道平面)成66° 34 '角倾斜,而地球仪的赤道面与桌面成23° 26 '角,这是黄与池交角的直观体现。
4.地球公转和岁差周期。
地球绕太阳公转一周的时间为地球公转周期。一般来说,革命时期是一年。因为太阳年视运动的周期与地球公转的周期相同,所以地球公转的周期可以用太阳年视运动来衡量。地球上的观测者观测到太阳连续通过黄道上某一点的时间间隔为一个“年”。因为选取的参考点不同,“年”的长度也不同。常用的周期单位是恒星年、回归年和近日点年。
地球自转的恒星年是恒星年。这个周期单位是以恒星为参考点得到的。一个恒星年内,从太阳中心开始,地心以一颗恒星为背景,从某一点出发,绕太阳运行一周,然后回到天空中的同一点;从地心看,太阳的中心从黄道上的某一点出发,相对于恒星是固定的,运行一次,然后又回到黄道上的同一点。所以从地心天球的角度来看,一个恒星年的长度就是太阳中心在黄道上连续两次经过同一颗恒星的时间间隔。
恒星年是以一颗恒星为参考点得到的,所以是地球自转360度的时间,也是地球公转的真实周期。以天为单位,其长度为365.2564天,即365天6小时9分10秒。
地球公转的春分时期是北回归线。这个周期单位是以春分点为参考点得到的。在一个回归年里,从太阳中心开始,地球中心已经连续两次到达春分点;从地心看,太阳中心已经连续两次到春分了。从地心天球的角度来看,一个回归年的长度是连续两次经过春分的时间间隔,取决于黄道。
春分是黄道和天赤道的交点。它在黄道上的位置不固定,每年向西移动50 ″ .29。也就是说,春分是一年中的一个移动点,它的移动方向是从东向西,也就是顺时针方向。太阳在黄道上的方向是自西向东,即逆时针方向。这两个方向是相反的。因此,视太阳中心而定,春分连续两次所取的角度不是360°,而是360°-50.29°,即359° 59 ' 9.71°,这是地球在一个回归年内公转的角度。因此,回归年并不是地球公转的真正周期,而只是地球自转359° 59′9″. 71°角所需的时间,即365.2422天,即365天5小时48分46秒。
地球公转的近日点周期是近日点年。这个周期单位是以地球轨道近日点为参考点得到的。在一个近日点年中,地球的中心(或视在太阳中心)连续两次经过地球轨道的近日点。因为近日点是一个移动的点,它在黄道上的移动方向是自西向东的,即与地球公转的方向(或太阳年视运动的方向)相同,每年移动量为11÷年,所以近日点年并不是地球公转的真正周期,一个近日点年内地球公转的角度为360+65438+。
只有恒星年才是地球公转的真正周期。在后面的章节中,我们将了解到回归年是地球寒暑的循环,也就是四季的循环,与人类的生活和生产息息相关。回归年比恒星年略短,每年短20分24秒,天文学上称之为岁差。
为什么春分点每年西移50.29,导致岁差?这是地轴进动的结果。
地轴的岁差与地球的自转、地球的形状、黄赤交角的存在、月球绕地球运行的轨道特性等密切相关。
地轴的进动类似于陀螺转轴绕垂直线的摆动。当尖陀螺倾斜时,转轴绕垂直于地面的轴线画出一个圆锥面,陀螺轴慢慢抖动。这是因为地球的引力倾向于使其下落,陀螺自身旋转运动的惯性使其无法停留下来,所以在引力的作用下慢慢晃动。这是陀螺的进动。
地球的自转就像一个巨大的“陀螺”,不停地旋转。由于惯性,地球一直在旋转。地球本身的形状类似于椭球体,赤道部分是凸的,也就是有一个赤道隆起带。同时,由于黄道角的存在,太阳中心与地球中心的连线并不经常经过赤道隆起带。所以太阳对地球的吸引力,尤其是对赤道隆起带的吸引力是不平衡的。此外,月球绕地球公转的轨道平面并不与黄道平面和天球赤道平面重合,而是与黄道平面成5° 9 '角,也就是说,地球中心与月球中心的连线并不经常经过赤道隆起带。所以月球对地球的吸引力,特别是对赤道隆起带的吸引力也是不平衡的。根据万有引力定律,f1 > F2。
这种不平衡的太阳和月亮的引力试图使赤道平面与地球的轨道平面重合,达到平衡状态。然而,地球自转的惯性使其保持倾斜。因此,地球在月球和太阳不平衡引力的作用下摆动。这种摆动表现为以黄轴为轴的地轴周期性圆锥运动,圆锥半径为23° 26′,等于黄红交角。地轴的这种运动叫做地轴进动。地轴的进动方向是自东向西,与地球自转公转方向相反,而陀螺的进动方向与自转方向一致。
这是因为陀螺倾向于“倾倒”,地轴倾向于“直立”。
地轴的岁差速度很慢,每年岁差50.29,岁差周期25800年。
由于地轴的岁差,地球赤道面在空间的倾斜方向发生了变化,导致了天球赤道的相应变化,使天球赤道与黄道的交点——春分点和分点在黄道上相应移动。运动方向为自东向西,即与地球公转方向相反,年运动角为50 ″ .29。所以,以春分为参考点的一年的长度,比以恒星为参考点的略短,这就是岁差的原因。
由于地轴的岁差,地球南北极的空间方位发生了变化,使得天极以25800年为周期围绕黄极运动。因此,天球上的天球北极和天球南极的位置也在缓慢移动。如图3-24所示,北极星在公元前3000年曾经是天龙星的阿尔法星。目前,北极星在小熊座的阿尔法星附近。到公元7000年,它将被移到仙王座的阿尔法星附近。到公元14000年,织女星将变成北极星。
由于地轴的岁差导致天极和春分在天球上运动,以此为基础的天球坐标系必然会发生相应的变化。对于赤道坐标系,恒星的赤经和赤纬会发生变化,对于黄道坐标系,恒星的黄经会发生变化。但地轴的进动并不改变赤纬角,即地轴进动时,地轴与地球轨道平面的夹角始终为66° 34′。
这里还要注意的是,地轴岁差引起的天极和春分的移动角度都比较小,在很长一段时间内不会有大的运动。因此,我们仍然可以说,天球上的天极和春分的位置是不变的,恒星的赤经、赤纬、黄经也大致可以认为是不变的。基于此的目录和地图仍然可以长期使用。
5.地球的旋转速度
地球的公转是周期性的圆周运动,所以地球的公转速度包括角速度和线速度两个方面。如果用恒星年作为地球公转的周期,那么地球公转的平均角速度是每年360度,也就是365.2564天后,地球公转360度,也就是每天大约0.986度,也就是每天大约59' 8 "。地球轨道的总长度是940000000公里,所以地球公转的平均线速度是每年9.4亿公里,也就是365.2564天后,地球公转了9.4亿公里,也就是每秒29.7公里,大约每秒30公里。
根据开普勒的行星运动第二定律,地球的公转速度与太阳和地球的距离有关。地球公转的角速度和线速度不是固定值,而是随着日地距离的变化而变化。地球过近日点时,公转速度快,角速度和线速度都超过它们的平均值。角速度为1 1′11″/天,线速度为30.3km/s;地球在近日点时,公转速度较慢,角速度和线速度低于它们的平均值。角速度为57′11 ″/天,线速度为29.3公里/秒。地球每年65438+10月初经过近日点,7月初经过远日点。因此,从65438+10月初到当年7月初,地球与太阳的距离逐渐增大,地球的公转速度逐渐变慢。7月初至次年65438+10月初,地球与太阳的距离逐渐缩小,地球公转速度逐渐加快。
我们知道,春分和秋分在黄道上平分。如果地球的公转速度是匀速的,那么太阳从春分运行到秋分所需要的时间应该和太阳从秋分运行到春分所需要的时间相同,都是一整年的一半。但是,地球的公转速度是不均匀的,所以行进相等距离的时间必然是不相等的。依靠太阳从春分经过夏季至日到秋分,地球公转速度较慢,需要186天以上,比全年的一半还长。此时是北半球的夏半年,南半球的冬半年。依靠太阳从秋分到春分通过冬季至日,地球的公转速度比较快,需要179天,还不到全年的一半。此时是北半球的冬半年,南半球的夏半年。可见,地球公转速度的变化是地球上四季长短不等的根本原因。
地球生命的形成:生命从何而来?茫茫宇宙中有没有外星人?这些问题一直困扰着科学界。既然已经证明生命最基本的物质是氨基酸,那么地球上第一个氨基酸是从哪里来的呢?
科学家提出如下假设:大约6543.8+02亿年前,在银河系诞生初期的星球上,氢和氦占据了整个空间。随着早期行星的爆发,产生了第二代行星,从太空中释放出大量的碳和氧,从而产生有机分子,为生命提供了基础。
大约45亿年前,被尘埃和气体包裹的地球诞生了。在阳光的照射下,气体剧烈运动,不断混合,产生了一系列的变化,最终形成了今天生物的基本物质——氨基酸。
为了检验这一假设,美国科学家模拟地球上没有生命时的大气,将甲烷、氨气和氢气的混合气体注入一个大的真空玻璃器皿中,然后模仿原始的雷电自然条件,用电火花照射这些混合气体。经过8昼夜的反复动作,原本无色的混合气体逐渐变成淡红色,最后变成深红色。结果,在最初没有生命的玻璃器皿中发现了组成蛋白质的五种重要氨基酸。也就是说,只要有能量辐射,就可以把宇宙中构成有机分子的一些原子集合在一起,合成氨基酸。这个伟大的发现打开了生命之谜的大门,成为20世纪最重要的发现之一。
或者说生命从何而来?
在这个生命和生命活动熠熠生辉、欣欣向荣的世界里,一切都是那么美好,但迄今为止,生命从何而来?它是如何起源的?它是如何演变的?这还是一个没有完全解开的谜。
关于生命起源的两种理论
关于生命起源,自古以来就有两种完全不同的理论。
特殊创造理论、自发生成理论、泛孢子理论
特殊创世说是指上帝在宇宙历史的特殊时刻创造生命。这个理论曾经占主导地位,但没有被科学家接受。自然发生理论认为生命可以从非生命物质中自然产生。例如,青蛙可以从泥里长出来,蛆可以从腐肉里长出来。这个理论是由于实验观察误差,经不起科学批判。泛孢子理论提出生命的胚芽来自地外空间,然后生长发育。但微生物因为附着在陨石上,显然不可能活着到达地球,会被紫外线杀死,或者因太空真空而死亡。泛孢子理论只说明了生命最多存在于太空中的某个特殊星球,但仍然未能回答宇宙生命起源的问题。
化学进化理论
1871年,达尔文首先想象了生命是如何起源的,并提出“在氨和磷酸盐各种状态的温暖水池中,在光、热、电的条件下,形成了某种蛋白质化合物,并作出了更复杂的变化。1924年,苏联生物化学家A.I .奥帕林提出生命是长期进化的结果。1928年,英国的霍尔丹提出:“紫外线作用于水、二氧化碳和氨的混合物时,形成了包括糖类在内的各种有机物。其中一些物质可以形成蛋白质,它们在原始海洋形成热汤之前就已经聚集在一起了。“1947年,伯纳尔提出在富含有机物的原始海洋中,各种活动可以结合有机物,并描述了使小分子聚集产生生命大分子的途径和方法。上述学者的思想为化学进化实验奠定了基础。
探索生命起源的第一步
生命从何而来?地球上第一个生命是如何诞生的?
自从上帝造人创世的神话破灭后,关于生命的起源就出现了两派思想:一派认为生命是从另一个星球移植到地球上的;另一派认为生命是地球本身的产物。
美国的Urey主张生命源于地球本身。他和他的学生米勒设计了一个模拟原始大气,研究在自然条件下能否产生与生命相关的物质。米勒以甲烷、氨气、氢气和水蒸气为强还原性气体,通过火花放电模拟雷击,通过一周的放电向气体提供6.27×103 ~ 6.27×104 kJ的能量。在一个典型的实验中,950毫克甲烷产生约200毫克氨基酸,氨基酸是构成生命蛋白质的部分。
1961年,西班牙生物化学家奥罗在原始大气中加入氰化氢和甲醛。实验结果显示,除了氨基酸之外,还获得了腺嘌呤、核糖和脱氧核糖,并获得了构成生命核酸的部分。
核糖核酸(RNA)和脱氧核糖核酸(DNA)都是磷酸盐。结构中的磷从何而来?1982年,我国生命化学家王文清根据现代行星化学的研究,探测到木星和土星的大气中存在PH3,将PH3引入模拟的原始大气中,进行甲烷、氮气、PH3、氨气和水蒸气的火花放电,并与不含PH3的上述体系的气相放电进行比较。气相色谱分析结果表明,在PH3体系中放电后产生19个氨基酸。然而,在相同的放电条件下,无PH3系统仅产生6种氨基酸。王文清的实验发现了PH3在气相放电反应中的催化作用,被美国和日本杂志引用为生命起源的第一步,是火花放电生产氨基酸的重要进展。
最近,美国加州大学海洋生物学家巴达提出了一个器官报纸论点:地球上生命的第一次机会诞生于数亿年前的厚冰层下。巴达说,数十亿年前混沌初开时,地球表面覆盖着冰,但地核是热的,辐射的热量是今天的5倍,所以古代海洋的底部还是液态水,冰下的海水是原始生命的温床。冰层起到屏蔽作用,使得海水中的有机分子不断积累,越来越浓。当小天体撞击地球时,产生的热量将厚厚的冰层融化成一个大洞,使水中的有机分子与大气接触,形成更复杂的分子。很快,冰层再次冻结,这些新分子被密封。冰层每冻结一次,“浓汤”中的氨基酸和碱基就更加丰富,直到生命诞生。
(据中国大众科技网)
至于地球为什么是圆的,其实确切的说,地球是椭圆球体,所以为什么是球体之前已经说过了。